智能温度测量仪表的研究和设计

论文摘要

在工业过程控制中,温度是一个重要的测量参数,而热电偶具有准确度高、测温范围广和成本低廉等优点,使其成为工业应用中温度测量的首选。为准确测量温度,本论文将传统的热电偶测温技术、神经网络技术与单片机技术结合起来,设计了读数直观、准确的数字式智能测温仪表,该仪表采用单片机芯片AT89S52作为微处理器,K型热电偶(镍铬一镍硅)作为温度传感器,数字温度传感器DS18820进行热电偶冷端温度的测量,以对热电偶进行冷端补偿,能够准确测量并显示温度。论文主要由智能测温仪表的硬件设计、软件设计和热电偶数学模型的建立三个部分组成。首先设计了智能测温仪表的硬件。智能测温仪表硬件电路由五个主要部分组成:单片机、信号调理电路、模数转换、键盘输入及液晶显示。分别介绍了各组成部分的主要芯片,设计了其接口电路。并分析了仪表产生干扰的原因,从硬件抗干扰方面,通过分析干扰产生原因并采取措施,提高了该智能测温仪表的抗干扰性能。其次设计了智能测温仪表的软件部分,软件部分有下位机软件和上位机软件组成,采用模块化的程序设计方法。下位机的整个应用程序主要包括系统主程序的设计、数据采集以及键盘显示子程序等模块组成,测温程序适用于AT89S52单片机。通过串口通信将下位机采集的数据送至上位机,上位机采用模块化的设计方法,将系统划分成几个相互独立的功能模块,各模块内部分别完成确定的任务,并通过LabVIEW软件设计了上位机的显示界面并且实现数据的存储功能。最后分析了热电偶和PID神经网络的基本知识,设计了热电偶的信号理电路,采用数字温度传感器解决了热电偶的冷端补偿问题。同时,应用MATLAB对热电偶的热电势与温度之间的关系进行了训练、仿真,建立了基于PID神经网络的数学模型,该模型解决了K型热电偶(镍铬一镍硅)的非线性问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外测温研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 研究思路及主要内容
• 第2章 温度测量系统总体设计
• 2.1 温度测量的原理和方法
• 2.1.1 温度测量的基本原理
• 2.1.2 温度测量方法
• 2.1.3 传感器分类
• 2.2 温度测量系统方案
• 2.2.1 典型测温系统
• 2.2.2 方案设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 仪表的硬件设计
• 3.1 K型热电偶
• 3.1.1 热电偶测温原理
• 3.1.2 K型热电偶特点
• 3.1.3 冷端补偿
• 3.2 信号调理电路
• 3.2.1 放大电路设计
• 3.2.2 滤波电路设计
• 3.3 A/D转换电路
• 3.4 数字温度传感器DS18B20
• 3.4.1 DS18B20内部结构
• 3.4.2 DS18B20温度测量电路
• 3.5 AT89S52单片机
• 3.6 其他模块
• 3.6.1 LCD显示电路
• 3.6.2 键盘模块
• 3.6.3 串口通信电路
• 3.7 系统抗干扰设计及硬件调试
• 3.7.1 系统抗干扰设计
• 3.7.2 系统硬件实物图
• 3.8 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 系统下位机软件设计
• 4.1.1 Keil C51集成开发环境简介
• 4.1.2 基于Keil C51软件编程设计
• 4.2 系统上位机软件设计
• 4.2.1 LabVIEW简介
• 4.2.2 基于LabVIEW的软件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 PID神经网络及热电偶建模
• 5.1 神经网络概述
• 5.2 PID神经网络
• 5.2.1 PID神经网络基本结构形式
• 5.2.2 PID神经网络控制算法
• 5.3 热电偶建模
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间取得的研究成果